干垃圾筛分过程空气监测因子分布及其相关性分析

陆 鲁，张美兰

（1.上海城投环境（集团）有限公司，上海 200060；2.上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302）

1 引言

随着经济快速发展和城市人口的日益增长，我国垃圾的产生量和处置量也逐年增加，总产生量已位于世界高产国前列，增长量居世界首位。据专家预测，2030 年全国垃圾产生量将高达4.09×108t［1-2］。垃圾分类前，填埋是我国生活垃圾处置的主要手段。截至2019 年，全国存在无害化生活垃圾处理厂（场）1 183 座。2019 年生活垃圾无害化处理量为2.401 28×108t，其中生活垃圾卫生填埋量为1.094 80×108t［3-6］。

近期随着各地对“垃圾分类就是新时尚”政策的积极响应，其相关分类条例陆续出台。上海市率先于2019 年7 月1 日正式施行《上海市生活垃圾管理条例》，截至2020 年底，已建成生活垃圾全程分类体系，2021 年底可基本实现原生生活垃圾零填埋目标。在《上海市关于进一步加强塑料污染治理的实施方案》中，也对干垃圾中塑料废弃物等零填埋的实现做出具体管理要求。随着垃圾产生量的增加，人们对生活垃圾所带来的恶臭和微生物气溶胶污染及其健康风险的关注程度日益增加。在恶臭影响方面，国内外已开展了较多的关于设施和点位的恶臭强度、恶臭气体成分、扩散规律及其对于人体健康影响的研究［7-10］，GBZ 2.1—2019 工作场所有害因素职业接触限值第1 部分：化学有害因素，对甲醛等有害物质在工作场所的接触限值做了具体规定［11-14］。生活垃圾中也存在着有害微生物，能够随着空气气溶胶进行传播［15-17］。本项目针对位于上海市老港固废基地的干垃圾筛分工程作业现场，进行气态污染物的在线监测，初步分析分选过程中的污染特征及其潜在的健康风险，对于环境污染和卫生风险管控具有重要的现实意义。

2 干垃圾筛分概况

2.1 筛分流程

干垃圾筛分场地主要功能区包括垃圾储存坑（室外）、筛分设备区（室内）和筛出物暂存间（室内）。室内空间大小为30 m （长） ×22 m（宽）×7 m（高）。筛分流程如图1 所示。

图1 干垃圾筛分流程Figure 1 The process of residual waste sorting

2.2 干垃圾组分

2020 年10 月12 日至2021 年2 月7 日筛分的干垃圾组分分布情况如图2 所示。筛上轻质物（62.68%）和筛下细料（32.64%）是干垃圾的主要成分。抽样调查发现，筛上轻质物的成分包括纸类（21.96%）、 PP 餐 盒（4.19%）、 PET 瓶 类（0.40%）、膜类（15.17%）、纺织类（4.19%）、电线（1.00%）和其他（53.09%）。

图2 干垃圾组分Figure 2 The composition of residual waste

3 监测因子与方法

为了实时跟踪监测筛分现场的环境污染状况，在距离筛分设备1 m、高度1.8 m 处墙壁上安装实时环境监控系统（NANO 500，上海迪勤智能科技），如图3 所示。结合现场实际运行情况，本次选取了PM2.5、温度、湿度、甲醛（HCHO）和总挥发性有机物（TVOCs）指标评估筛分现场状况，实时环境监测系统技术参数如表1 所示。

图3 现场空气在线监测设备Figure 3 Air real-time monitoring equipment in site

表1 实时环境监测系统技术参数Table 1 Technical parameters of real-time environment monitoring system

4 监测结果与讨论

4.1 监测数据随时间变化情况

图4 为2020 年10 月12 日至2021 年2 月7日干垃圾筛分车间各空气监测因子监测数据的变化情况。PM2.5主要为0～60µg/m3，其中超过75µg/m3的天数为3 d；而CO2、TVOCs、温度、湿度和甲醛则分别为400～650 mg/m3、150～750µg/m3、6～25 ℃、44%～89% 和9～61 mg/m3。以上指标均满足GBZ 2.1—2019 对工作场所内空气质量的要求［14］。

图4 监测数据随时间变化情况Figure 4 The changes of monitoring data over time

4.2 监测数据分布情况

图5 为各空气监测因子在2020 年10 月12 日至2021 年2 月7 日的总体分布情况。由图5可知，PM2.5主要为0～100 µg/m3，其占比为98.85%，而>150µg/m3的占比为1.15%，说明干垃圾筛分车间基本符合二级浓度限值要求［13］。CO2在400～450、450～550、550～650、650～750、750～850 mg/m3占比分别为64.64%、23.09%、8.88%、3.24%和0.15%。参照GB/T 18883—2002 室内空气质量标准，CO2浓度符合其标准要求（CO2限值1 000 mg/m3）。结合现场的实际情况，由于筛分车间空间较大，通风效果好，所以CO2的浓度较低。

图5 空气监测因子分布情况Figure 5 The distribution of air monitoring factors

而TVOCs 浓度>300 µg/m3的占比为34.16%，该浓度范围的空气会让人产生不适感。结合现场的实际情况，明显可感受到异味。甲醛在筛分车间的浓度基本为10～20 mg/m3, 占比为45.41%，其余浓度为0～10、20～30、30～40、50～100、≥100 mg/m3，占比分别为31.97%、13.16%、4.86%、2.59%和2.01%。该监测结果表明，大部分甲醛浓度在工业场所接触限值范围内［14,16］。

4.3 相关性分析

图6 为空气监测因子热力图。其中深红色到白色的颜色变化表示相关性从-0.2 到1.0 的变化，即颜色越深负相关越强，反之亦然。由图6 可知，PM2.5与其他影响因子相关性在-0.2～0.2，说明相关性相对较弱。而CO2与TVOCs、温度和湿度相关性范围为0.2～0.4，颜色为深红色，说明彼此具有一定的相关性；而TVOCs 与甲醛的相关性为0.345，其原因为甲醛是TVOCs 其中的1 种［18-19］。

图6 空气监测因子的热力图Figure 6 The thermodynamic diagram of air monitoring factors

图7 为空气监测因子的分层热力图，该图表示影响因子之间影响的权重。由图7 可知，TVOCs和CO2的相关性比其他的影响因子更强，TVOCs主要是由干垃圾本身散发恶臭和微生物的滋生所引起的。CO2浓度与微生物活动的强弱有关，因此，TVOCs 和CO2存在较强的正相关性。其余因素与TVOCs 的相关性顺序为甲醛>温度>湿度>PM2.5，这些因素都将直接影响到微生物的生长，进而对TVOCs 浓度有一定的影响。

图7 空气监测因子的分层热力图Figure 7 The layered thermodynamic diagram of air monitoring factors

5 结论

本项目监测时间为2020 年10 月12 日至2021年2 月7 日，通过在干垃圾筛分现场安装实时监测设备，评估了现场的空气质量状况，分析了气象因子的相关性。监测指标为PM2.5、CO2、TVOCs、温度、湿度和甲醛，一共获得72 410 组数据；PM2.5主要为0～60 µg/m3，CO2、TVOCs、温度、湿度和甲醛分别为400～650 mg/m3、150～750µg/m3、6～25 ℃、44%～89%和9～61µg/m3，以上均满足GBZ 2.1—2019 对工作场所内空气质量的要求。其中，TVOCs 和CO2的相关性比其他的影响因子更强，干垃圾中的TVOCs 主要是由干垃圾本身散发恶臭和微生物的滋生所引起的，CO2是伴随着微生物生长过程而被释放；对TVOCs 影响强度因子的排序为甲醛>温度>湿度>PM2.5。

对于垃圾资源化现场，特别是分选现场应充分考虑以上空气因子对于空气质量的影响，尽可能选取洁净的干垃圾作为分选原料，同时做好通风措施。